在剛剛過(guò)去的春節(jié)假期，受寒潮天氣影響，全國(guó)部分地區(qū)氣溫大幅下降，處于“速凍”模式中。
來(lái)自中央氣象臺(tái)的信息，節(jié)日期間，我國(guó)東北、華北部分地區(qū)，氣溫創(chuàng)今冬新低，黑龍江省漠河市最低溫度甚至跌至零下53攝氏度。
為了防寒，連不少“要風(fēng)度、不要溫度”的年輕人，都穿上了厚實(shí)的外套。
不過(guò)，想御寒保暖，不必非要把自己裹成“粽子”。如今，用在冬衣上的“黑科技”能夠幫助人們“既有風(fēng)度、也有溫度”。
“人體熱量的散失是由于熱傳遞造成的，熱傳遞有3種基本方式：傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射。”天津工業(yè)大學(xué)紡織科學(xué)與工程學(xué)院高級(jí)工程師、博士生導(dǎo)師夏兆鵬在接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)介紹道，為了達(dá)到保溫效果，在設(shè)計(jì)上冬季防寒衣物要盡一切可能減少熱量經(jīng)由這3種途徑流失，冬季保暖材料及保暖服裝也都是圍繞著這一原理進(jìn)行研發(fā)和設(shè)計(jì)的。
仿造鵝絨：
即使被浸濕也能實(shí)現(xiàn)保暖效果
“冬天人體與外部低溫環(huán)境間存在巨大溫差，這就造成熱傳導(dǎo)，即熱量會(huì)從溫度高的地方傳導(dǎo)到溫度低的地方。如果在衣服中加入低導(dǎo)熱系數(shù)的高蓬松保暖填充物，就可以阻止熱傳導(dǎo)，進(jìn)而減少人體熱量散失，達(dá)到保暖的目的。”夏兆鵬介紹道，這類保暖填充物主要起阻隔熱傳導(dǎo)的作用，目前比較常見(jiàn)的天然材料有棉、毛、羽絨等，比較常見(jiàn)的化學(xué)纖維材料有中空滌綸、噴膠棉等。
與傳統(tǒng)保暖填充材料相比，近年來(lái)出現(xiàn)了一些新型保暖填充材料，其中具有代表性的就是仿鵝絨結(jié)構(gòu)高保暖絮片。這種填充材料不僅保暖性強(qiáng)、輕便，而且在潮濕的環(huán)境下依舊可以持續(xù)保暖。在2022年北京冬季奧運(yùn)會(huì)上，中國(guó)運(yùn)動(dòng)員的防寒服中就用這種仿鵝絨結(jié)構(gòu)高保暖絮片作為填充材料，其在完全浸濕的條件下仍然能夠達(dá)到98%的保暖率。
“仿鵝絨結(jié)構(gòu)高保暖絮片的主要成分是與鵝絨纖維直徑長(zhǎng)度相差不大的仿造鵝絨，同時(shí)混入遠(yuǎn)紅外滌綸和熱熔滌綸。”夏兆鵬解釋，其中仿造鵝絨以中空滌綸和Y形滌綸為主體，這兩種滌綸可以最大限度地儲(chǔ)存靜止空氣，而靜止空氣可以較好地保存熱量。此外，即使是在被水浸濕的情況下，中空滌綸和Y形滌綸依然可以儲(chǔ)存一定的靜止空氣。
仿鵝絨結(jié)構(gòu)高保暖絮片能夠克服天然鵝絨顯臃腫、有異味、易跑絨和價(jià)格高等缺點(diǎn)，同時(shí)具有超輕、超薄、濕態(tài)保暖、高蓬松度等特點(diǎn)，而且洗滌后回彈性好、不縮水、保暖率不降低。
碳納米管加熱膜：
通電即發(fā)熱，溫度可調(diào)控
采用加熱材料制作的電熱服是國(guó)內(nèi)外研究最多的冬季服裝之一。
“常見(jiàn)的加熱材料有鎳鉻加熱絲、復(fù)合加熱絲、碳纖維加熱絲、碳納米管加熱膜等，這些材料被內(nèi)置于衣服中制成電熱服，當(dāng)電熱服連上充電設(shè)備后，電流經(jīng)過(guò)衣服內(nèi)部的加熱材料就會(huì)產(chǎn)生熱量，仿佛把電熱毯披在身上。”夏兆鵬介紹，除此之外，該類衣服還內(nèi)置了傳感器，通過(guò)藍(lán)牙即可實(shí)現(xiàn)對(duì)衣服的智能控溫，用戶只需要下載一個(gè)App，就可以用手機(jī)隨時(shí)調(diào)整衣服的溫度。
其中，碳納米管加熱膜作為控溫加熱系統(tǒng)中的重要元件，具有非常好的應(yīng)用前景。“碳納米管加熱膜可以反復(fù)水洗，耐彎折次數(shù)達(dá)到10萬(wàn)次以上，而且薄膜厚度約為幾十微米，具有非常好的柔性，發(fā)熱效率大于65%。”夏兆鵬補(bǔ)充道。
除此之外，價(jià)格相對(duì)便宜的金屬絲線性加熱元件，如鎳鉻加熱絲、復(fù)合加熱絲等，也是加熱“能手”。
“金屬絲類材料具有高導(dǎo)電性、良好的電加熱性能，且具有傳感、電磁屏蔽等性能。以復(fù)合加熱絲為例，其是在金屬絲中添加了鉬，既減少了金屬的氧化，同時(shí)還可以提高金屬電加熱元件的耐用性。”夏兆鵬介紹道，將含有鉬的金屬絲，通過(guò)冷拉伸工藝變成微米級(jí)金屬微絲，使其由金屬絲轉(zhuǎn)變?yōu)槔w維。該纖維可以與聚酯紗線混紡制備成紗線，用其制作出的織物具有導(dǎo)電性。
相較普通導(dǎo)電織物，這種導(dǎo)電織物的柔性及舒適性都有所提升。“其柔性及形態(tài)與傳統(tǒng)纖維及紗線十分接近，舒適性也得到提升。”夏兆鵬表示，不過(guò)，這類制衣材料仍然存在不耐長(zhǎng)時(shí)間水洗、比較重等缺點(diǎn)。
人體紅外反射材料：
人體熱輻射反射率可達(dá)60%
紅外熱輻射是人體熱量損失的另一種形式，傳統(tǒng)紡織品的紅外輻射率高、熱量損失快，有研究指出棉花不可避免地會(huì)以中紅外形式輻射出人體50%以上的熱量。而人體紅外反射材料則可以通過(guò)將人體發(fā)出的紅外波反射回人體的方式減少紅外熱輻射損失，以達(dá)到保暖的效果。
“人體紅外反射材料多數(shù)由金屬顆粒構(gòu)成，這些顆粒以一種微結(jié)構(gòu)形式存在，將此材料附在織物上，便形成了紅外波反射層。該反射層可以把人體輻射的大部分紅外波都反射回來(lái)，從而達(dá)到保溫效果。”夏兆鵬補(bǔ)充道。
“人體紅外反射材料通常被用來(lái)制作冬裝外衣的內(nèi)襯，一般其人體熱輻射反射率可以達(dá)到60%，提高服裝防寒保暖效果比較明顯。”夏兆鵬表示，不過(guò)，如果長(zhǎng)時(shí)間處在超低溫環(huán)境下，由于人體輻射的熱量有限，因此該材料或無(wú)法達(dá)到理想的保暖效果。
聚四氟乙烯微孔膜：
低溫環(huán)境下既透氣又防水
冬季戶外可能會(huì)出現(xiàn)下雨、降雪、霜凍等天氣，通過(guò)高密防水層阻擋雨、雪、霜的侵入，可避免因衣物內(nèi)層保暖材料被浸濕而導(dǎo)致保暖系數(shù)降低、保暖效率下降甚至失效。
“防水材料是在高密織物外面附上一層聚四氟乙烯微孔膜、水性聚氨酯膜或者聚氨酯膜。”夏兆鵬解釋道，聚四氟乙烯微孔膜每平方厘米有十多億個(gè)孔，在低溫環(huán)境下，這些孔洞的開(kāi)孔率可以達(dá)到80%。該孔的直徑比水蒸氣分子的直徑大700倍，因此人體產(chǎn)生的汗蒸汽可以從中通過(guò)，從而保持衣服的透氣性。聚四氟乙烯微孔膜上孔的直徑比一般水的直徑小很多倍，因此外面的液態(tài)水無(wú)法通過(guò)，從而達(dá)到了防水的目的。